基于ANSYS的钢筋混凝土T形梁优化设计三维实体建模技术研究

第６卷第２０期２００６年１０月

科学技术与工程

Ｖ０１．６Ｎｏ．２００ｃｔ．２００６

１６７１—１８１５（２００６）２０—３３７３—０３

ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

⑥

２００６

Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．

基于ＡＮＳＹＳ的钢筋混凝土Ｔ形梁优化设计三维

实体建模技术研究

罗立权

于

江＋

（新疆大学建筑工程学院，乌鲁木齐８３０００８）

摘要利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对钢筋混凝土Ｔ形梁进行优化设计，关键是参数化模型的建立。，如果模型建立不当，就会出现错误结果或出现较大误差。通过对ＡＮＳＹＳ在钢筋混凝土Ｔ形梁优化设计中的应用研究，给出了建立钢筋混凝土结构Ｔ形梁参数化三维实体模型的方法。

关键词ＡＮＳＹＳ钢筋混凝土Ｔ形梁参数化建模有限元中图法分类号ＴＵ３７５：

文献标识码Ａ

优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技单元模型上，分析局部应力和应变。结构分析中应术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所尽可能多地采用三维实体单元模型．力求最大程度有的设计要求，而且所需的支出（如重量、面积、体真实模拟实际结构构件。

积、应力、费用等）最小。也就是说，最优设计方案就１

是一个最有效的方案。设计方案的任何方面都是可ＡＮＳＹＳ优化设计参数化模型［２］

以优化的，比如说：尺寸（如厚度）、形状（如过渡圆参数用来表示构件大小的尺寸和属性，工程技

角的大小）、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特术人员可以通过改变参数的值来修改构件大小、形性等。工程上的优化问题一般是采用数学规划理论状和属性。参数化模型的建立是在ＡＮＳＹＳ中进行优并借助于计算机编程来实现，但是随着工程优化设化设计的基础．定义参数并赋值是参数化创建几何计的应用愈来愈广，有些问题不能通过计算机编程模型的关键步骤，一般必须在进人处理器之前把需来很好地解决。钢筋混凝土Ｔ形梁是工程上较为常要的几何尺寸参数全部定义好。创建几何对象时一用的结构，本文利用大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ来定要用参数名作为几何尺寸进行输入。使用参数实现对钢筋混凝土Ｔ形梁的优化设计．使其得到最时，只要在对话框中或在命令中相应的域处输入它为合理的结构尺寸．节省了工程造价。

的名字。要注意尽量采用人工控制编号的方法创建借助ＡＮＳＹＳ对钢筋混凝土这种复杂材料的结几何对象，并配合组件进行操作处理，如布尔运算、构进行分析时．需要针对分析对象的结构层次、分复制、移动、镜像等。前处理器中划分单元网格模型析类型、荷载水平等合理采取单元类型和材料模时，注意尽量根据几何拓扑特性划分映射或扫掠单型，才能够取得满意的分析结果。通常钢筋混凝土元网格，这些网格比较规范，容易控制单元形状。结构有限元分析单元分为两个层次：杆系单元和实ＡＮＳＹＳ优化设计的实现。必须包括建立参数化模型体单元…。对于复杂区域（梁柱节点）或重要的构件的关键步骤，生成循环所用的分析文件。分析文件等可将杆系结构体系计算的力和位移施加到实体

是ＡＮＳＹＳ优化设计过程中的关键部分，ＡＮＳＹＳ程序运用分析文件构造循环文件，进行循环分析。在建２００６年４月２４日收到

立了分析文件以后．就要在ＡＮＳＹＳ数据库里建立与

第一作者简介：罗立权，新疆大学硕士研究生，讲师。分析文件中变量相对应的参数。这样做的目的是初

＋通讯作者简介：于江，新疆大学建筑工程学院。

始参数值可以作为一阶方法的起点。

万　

方数据

３３７４

科学技术与工程６卷

２钢筋混凝土Ｔ形梁ＡＮＳＹＳ有限元参数化

模型的建立［３３

２．１设定模型参数初始值

模型的所有尺寸在建模开始前设计了ＡＮＳＹＳ的参数，因此在建模中涉及模型的尺寸必须用这些参数而不能是数字，在设定的梁单元常数时候就必须用参数表示，参数化建模是有限元分析和后续优化计算的基础．建模的其他方面与有限元分析时完全一致。为了计算方便，采用国际单位制（米、千克、牛顿）。翼缘宽度Ｂ盯＝０．６００１１３，梁肋宽度Ｂ＝０．２５０

ｍ，Ｔ

梁高度Ｈ＝０．６００ｉｎ翼缘高度肌＝０．１００ｍ，Ｔ梁长度

ＬＢＥＡＭ＝４．０００

ＩＴＩ，钢筋混凝土密度ＧＡＮＨＧＤＥＮＳ＝２５００

ｋｇ ｍ。，肋部划分单元参数ＨＮＵＢＥａ＝（Ｈ—ＨＦ）／０．１，纵向

拉伸单元参数Ｃ。ｕ８１＝Ⅳ岍（Ｌ。Ｊｏ．１）＋ｌ，箍筋单根截面

面积Ａｓｖ＝２８．３ｘ１０巧，架立钢筋截面面积Ａ咖Ｐ：１１３．１×

１０。６，纵向受拉钢筋单根截面面枞ｓ，＝３１４．２ｘ１０。６

１１１－ｚ。

２．２建立钢筋混凝土Ｔ形梁参数化有限元模型

２．２．１

建立有限元节点

全部尺寸用前述参数表示，采用从底到顶的方

式建立有限元模型．首先创建节点，节点要留出混凝土保护层厚度３０ｍｍ，在梁底部留出ＬＩＮＫ８钢筋单元需要共用的节点。运用节点创建命令和复制命令得到Ｔ形截面梁的节点，节点按规律排列，为了便于区别，纵向编号间隔１０００（图１）。２．２．２创建箍筋单元

为了模拟钢筋采用ＬＩＮＫ８单元，通过已有的节点用循环的方式建立箍筋单元。通过循环创建水平箍筋单元，复制得到所有纵向箍筋单元，然后同样创建纵向受力钢筋单元和创建架立钢筋单元。节点及钢筋单元骨架模型显示如图２。２．２．３创建混凝土实体单元

采用ＳＯＬＩＤ６５单元，通过拉伸的方式建立Ｔ形截面梁的混凝土模型，首先要创建一个拉伸用的源面，创建Ｚ＝０几何面．通过关键点生成需要的源面，源面由３３个小面组成（图３），最后通过粘贴形成整体。这样做的目的是为了在优化设计时能够让Ｔ形梁在保证混凝土的保护层厚度的前提下能够改变截面尺寸参数，同时能够划分规则的映射网格，从而实现钢筋混凝土Ｔ形梁的寻优迭代计算。接下来进行源面网格划分。这里需要控制网格尺寸大小，

万　

方数据图１平面节点

图２钢筋单元骨架模型

通过选择相应线段并给定划分段数来限定，使之和钢筋单元的节点能够吻合。通过源面拉伸成为Ｔ形截面梁混凝土单元，这里要给定拉伸单元属性为ＳＯＬＩＤ６５（ＴＹＰＥ，１，ＭＡＴ，１，ＲＥＡＬ，１），指定拉仲长

度为梁长Ｌ腿ＡＭ，拉伸份数为Ｌ。一０．１份，０．１

ｍ一个单

元长度。拉伸操作命令ＥＸＴＯＷ。最后合并压缩重合

节点和单元，定义荷载，施加约束（荷载可设为参数随实际情况变化）。建好的模型显示如图４。

３结束语

本文利用ＡＮＳＹＳ的参数化建模技术，实现了钢筋混凝土Ｔ形梁三维参数化有限元实体模型。钢筋

混凝土Ｔ形梁的参数化建模完成后，下一步优化设

２０期罗立权：基Ｔ－ＡＮＳＹＳｆｆｂ钢筋混凝土Ｔ形梁优化设计三维实体建模技术研究

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图４钢筋混凝土Ｔ形粱三维参数化实体模型

设计。

图３源面模型

参

考

文

献

计时，可直接调用完成的钢筋混凝土Ｔ形梁参数化１博弈创作室．ＡＰＤＬ参数化有限元分析技术．北京：中国水利水电

肌版社，２００４，９

建模设计宏程序，修改相应的参数即 …… 此处隐藏：1930字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……